基于TMS320DM642的網(wǎng)絡攝像機的設(shè)計

　隨著網(wǎng)絡技術(shù)和多媒體技術(shù)的廣泛應用,數(shù)字網(wǎng)絡視頻得到了飛速發(fā)展.在網(wǎng)絡視頻會議和網(wǎng)絡監(jiān)控領(lǐng)域中,將傳統(tǒng)的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號,并且借助于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡進行傳輸已成為當今的一大熱點.

　　從技術(shù)實現(xiàn)方式來講,通常是采用網(wǎng)絡攝像機來實現(xiàn).目前市場上的網(wǎng)絡攝像機一般有兩類:一類是普通攝像機加視頻網(wǎng)關(guān)構(gòu)成,但是這種方案體積龐大、操作繁瑣;另一類是把全部網(wǎng)絡接入功能都集成在攝像機中,其體積小、功能全、易于使用和維護.后類攝像機有多種解決方案,本文提出一種基于嵌入式DSP的設(shè)計方案,并且給出具體的硬件及軟件實現(xiàn).

　　1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

　　1.1嵌入式處理器TMS320DM642

　　TMS320DM642(以下簡稱DM462)是TI公司近來發(fā)布的新一代多媒體處理器,它基于其第二代高性能的VelociTI VLIW結(jié)構(gòu),適用于多種數(shù)字媒體應用.DM642的時鐘頻率為600MHz,指令速度高達4800MIPS.這款DSP的兩大特色在于:第一,擁有三個可配置的視頻接口(VP),可同時采集三路視頻信號;第二,集成了以太網(wǎng)接口,10/100Mbps模式自適應,能工作在全雙工或半雙工模式下,并具有硬件流控制和服務質(zhì)量保證(QoS)支持.DM642的功能十分強大,它是構(gòu)成多媒體通信系統(tǒng)的最佳平臺之一.

　　1.2硬件整體架構(gòu)

　　本系統(tǒng)的硬件平臺由六部分組成,分別是視頻采集、數(shù)據(jù)存儲、視頻處理、視頻顯示、網(wǎng)絡和電源管理.其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.

　　視頻采集部分采用模擬PAL制攝像頭,配合高精度視頻A/D轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字圖像.A/D轉(zhuǎn)換器采用TI公司的TVP5145芯片,其采樣精度達到10bit,輸出支持CCIR-656和BT656等格式.

　　數(shù)據(jù)存儲部分的RAM采用三星公司的SDRAM.為配合DM642的64位EMIF(外部存儲器接口),使用四片SDRAM,每片工作在16位模式,單片容量為32MB.數(shù)據(jù)存儲部分的ROM采用ATMEL公司的NOR型的Flash芯片,總?cè)萘繛?56KB,數(shù)據(jù)總線為8位.本系統(tǒng)中的SDRAM用來存放系統(tǒng)運行時的代碼以及臨時圖像數(shù)據(jù),Flash用來保存系統(tǒng)自啟動代碼以及系統(tǒng)程序代碼.

　　視頻顯示部分采用數(shù)字LCD,可省去數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片,只需一片CPLD驅(qū)動LCD.CPLD采用Altera公司的MAX3000系列.這部分作為輔助功能,可根據(jù)實際運用場合進行選擇.

　　DM642的以太網(wǎng)控制器(即EMAC)屬于數(shù)據(jù)鏈路層,因此需外接物理層芯片才能進行網(wǎng)絡通信.這里采用Intel公司的LXT971A芯片,它提供了MII(Media Independent Interface)接口,可以方便地和DM642連接.

　　電源管理部分在一個硬件系統(tǒng)設(shè)計中占有舉足輕重的地位.本系統(tǒng)的電源模塊采用MAXIM公司的解決方案,包括一片MAX1762芯片(產(chǎn)生1.4V電源給DM642的I/O供電和產(chǎn)生5V電源給LCD的逆變器供電).

　　2 設(shè)備驅(qū)動設(shè)計

　　TI為DM642的VP口開發(fā)了一個兩層設(shè)備驅(qū)動模型.上層驅(qū)動稱為Class Driver,更靠近底層硬件.應用時只需根據(jù)這個模型編寫驅(qū)動程序就可以了.

　　對于以太網(wǎng)口,TI提供了一個網(wǎng)絡開發(fā)組件(NDK),為在DSP上開發(fā)網(wǎng)絡應用程序提供了平臺.有了這個平臺,在開發(fā)網(wǎng)絡應用程序時,就不用過多考慮數(shù)據(jù)如何封閉成IP包,也不用過多關(guān)心TCP/IP協(xié)議內(nèi)部的工作機制,這樣可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期及上市時間.

　　1.2 視頻端口的兩層設(shè)備驅(qū)動模型

　　兩層設(shè)備驅(qū)動模型如圖2 所示.最上層是應用程序,最下層是底層硬件,包括DM642的VP口和視頻A/D芯片.中間大花括號括起來部分即為設(shè)備驅(qū)動.圖中還有一層芯片支持庫(CSL),它提供配置及控制片上外設(shè)的C語言接口.

　　根據(jù)VP口的特點,設(shè)備驅(qū)動的兩層驅(qū)動模型的每一層又細分了兩層.從圖2可以看到,把Class Driver分為FVID Class Driver和GIO Class Driver.前者更靠近應用程序,它提供一些特別適用于圖像的API函數(shù);后者提供與Mini Driver進行通信的API函數(shù).Mini Driver分成通用部分和特殊部分,這樣分的優(yōu)勢在于:當改變硬件構(gòu)成時,無需重寫Mini Driver,只需修改特殊部分即可,提高了代碼的重復使用性.

　　2.2網(wǎng)絡開發(fā)組件

　　網(wǎng)絡開發(fā)組件的核心即為一系列TCP/IP協(xié)議棧庫.包括:(1)棧庫和網(wǎng)絡工具庫,它含有一些經(jīng)過優(yōu)化編譯的協(xié)議棧代碼;(2)操作系統(tǒng)適應庫,它用來協(xié)調(diào)TCP/IP協(xié)議棧和DSP/BIOS之間的接口;(3)網(wǎng)絡控制及調(diào)度庫,它決定TCP/IP環(huán)境的初始化以及網(wǎng)絡相關(guān)事件是如何被調(diào)度的;(4)多種硬件抽象層平臺庫,為TI公司的多種開發(fā)板(比如DSK、TEB和EVM等)提供支持.由于本系統(tǒng)為自行開發(fā),所以不涉及HAL.

　　協(xié)議棧庫的流程框圖如圖3所示,其中灰色模塊分別代表前術(shù)五個庫.